Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


НОВЫЕ РАЗРАБОТКИ В ОБЛАСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОГНЕУПОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Излагаются результаты новых разработок СанктПетербурского института огнеупоров для конвертерного производства, разливки и внепечной обработки стали, торкретирования металлургических агрегатов, а также технологического и теплотехнического оборудования для производства огнеупоров, направленных на решение актуальных задач научно технического прогресса в черной металлургии России и стран СНГ.

Санкт-Петербурским институтом огнеупоров в последние годы выполнен и выполняется в настоящее время целый ряд работ, соответствующих основным тенденциям развития черной металлургии и огнеупорного производства в передовых промышленно развитых странах мира.

Основными научнотехническими направлениями при разработке новых технологических процессов производства огнеупоров являлись: расширение применения в качестве исходного сырья искусственных и обогащенных материалов, более широкое вовлечение в производство таких природных видов сырья, как бокситы, оливиниты, мел, доломиты; развитие производства огнеупорной технической керамики на основе оксидных и без кислородных соединений;

широкое применение композиционных материалов, в том числе с легирующими и армирующими компонентами; расширение применения углеродсодержащих компонентов, основанное на использовании химических свойств углерода; развитие методов упрочнения и образования необходимой структуры огнеупора без традиционного обжига путем низкотемпературной обработки и использования тепла, воспринимаемого при эксплуатации; улучшение условий труда и защиты окружающей среды за счет использования экологически безопасных сырьевых материалов и связующих; экономия материальных и энергетических ресурсов, безотходность; обеспечение высокой производительности труда и условий для комплексной механизации и автоматизации.

Огнеупоры для конвертерного производства и АКР

Институтом разработана технология перикла зоуглеродистых огнеупоров на основе рядовых спеченных и плавленых периклазовых порошков. Высококачественные углеродсодержащие изделия из плавленого периклаза с содержанием оксида магния 95% хорошо зарекомендовали себя в зонах максимального износа фу теровок конвертеров и агрегатов аргонокислородного рафинирования стали: промышленное производство их организовано на комбинате "Магнезит". Испытания опытных партий перик лазоуглеродистых огнеупоров на основе спеченного порошка с содержанием оксида магния 90% показали, что их применение в футеров ках конвертеров позволяет повысить их стойкость на 30 50%. Перспективно использование этих огнеупоров в стенах электросталеплавильных печей и футеровках сталеразливочных ковшей. При организации флотационного обогащений магнезитов станет возможным производство изделий из спеченного клинкера, по своим служебным свойствам не уступающим изделиям из плавленого периклаза.

В соответствии с мировым опытом перспективны для использования в АКР разработанные институтом обожженные известковопериклазо вые огнеупоры (на основе спеченного доломита) на керамической связке. Указанные огнеупоры по данным проведенных испытаний могут быть эффективно использованы также в футеровках сталеразливочных ковшей и в зонах спекания вращающихся печей цементного производства.

С целью улучшения условий труда в действующих цехах производство безобжиговых из вестковопериклазовых и периклазоизвестковых конвертерных огнеупоров целесообразно перевести на применение не содержащей канцерогенных веществ фенолфурфурольной связки (БТСО), разработанной совместно с Санкт Петербурским технологическим институтом. При этом в состав изделий потребуется вводить 3 — 6% графита и дооборудовать цехи печами для термообработки изделий.

Расширение производства периклазоуглеро дистых огнеупоров и модернизация производства безобжиговых периклазоизвестковых и известковопериклазовых огнеупоров позволит создать дифференцированную футеровку конвертеров, которая в сочетании с факельным торкретированием обеспечит снижение в 1,5 — 2 раза удельного расхода огнеупоров на 1т стали.

Огнеупоры для внепечного вакуумирования стали

Институтом разработана дифференцированная футеровка вакууматоров. Для патрубков ваку уматоров разработаны периклазошпинелидные изделия повышенной термостойкости марки ПШП на основе плавленого периклаза и низкокремнистого хромового концентрата, которые при испытаниях во внутренней футеровке патрубков циркуляционного вакууматора БМЗ показали стойкость 89 плавок, в 2 — 2,5 раза превышающую стойкость серийно применяемых изделий ПШПХ, в шихте которых используется дорогостоящий синтетический хромшпинелид. Технология осваивается на комбинате "Магнезит'', ведется работа по расширению областей их использования. Направлением дальнейшего повышения стойкости этих огнеупоров является обеспечение их производства периклазовы ми порошками с MgO >91 % m хромсодержащим компонентом с Si02 < 0,8 %. Для футеровки стен вакууматоров разработаны технологии огнеупоров (ПШХ и ПШХС) с использованием рядовых спеченных периклазовых порошков с добавкой в первом случае 35 % плавленого хромшпинелида, во втором — брикетированного спеченного низкокремнистого концентрата. При испытаниях в футеровке стен выше зоны металла порционного вакууматора ОЭМК изделия ПШХ показали стойкость 1126 плавок, что в 1,5 — 2 раза выше стойкости серийно применяемых изделий ПХП с долей плавленых материалов около 90%. Изделия ПШХС в стенах зоны металла циркуляционных вакууматоров НЛМК и БМЗ имели стойкость 200 — 219 пла " вок, не уступающую стойкости изделий ПХП. Производство разработанных изделий может бьггь организовано на комбинате "Магнезит".

Для повышения стойкости наружной футеровки патрубков вакууматоров разработана технология усовершенствованных корундовых гидравлически твердеющих масс с добавками бадделеита и титансодержащего компонента.

* По сравнению с серийно выпускаемой массой МКН94 разработанная масса позволяет получить огнеупорные бетоны с более высокой прочностью, низкой пористостью, большей устойчивостью к шлакам. При испытаниях опытных масс в наружной футеровке патрубков циркуляционного вакууматора НЛМК наблюдалось уменьшение скорости износа на 20 — 30 % по сравнению с футеровкой из массы МКН94. Выпуск массы предполагается пока осуществлять на опытном производстве института.

Разработаны два вида масс для горячего полусухого ремонта футеровки патрубков ва кууматора методами торкретирования и обмазки: корундовой для наружной и магнезиальной для внутренней футеровок. При испытаниях в циркуляционном вакууматоре НЛМК ремонтные покрытия из корундовой массы показали стойкость 17 плавок, из магнезиальной до 7 плавок. Внедрение разработанных ремонтных масс возможно после оснащения вакууматоров тор кретустановками.

В настоящее время институтом совместно с ОЭМК проводится работа по созданию установки для горячего ремонта внутренней футеровки патрубков вакууматоров методом нагнетания пластичных масс.

Огнеупоры для разливки стали

В связи с ужесточением условий службы, связанным с внедрением процессов обработки стали в ковше (рафинирование, продувка инертными газами, обработка порошкообразными реагентами), произойдут существенные изменения в подборе огнеупорных материалов для футеровки сталеразливочных ковшей.

Главным направлением в области огнеупоров для ковшевой металлургии, по мнению авторов, следует считать применение основных футеровок.

В последние годы ведутся разработки ковшевых изделий и масс на основе оливинитов Ковдорского месторождения, использование которых не требует предварительного обжига. Испытания изделий на основе оливинитов с добавкой периклазового порошка и хромитов показали при испытаниях в 300т ковшах мартеновского цеха ЧерМК стойкость 35 — 40 наливов, что превышает стойкбсть шамотных огнеупоров в 3,5 — 4 раза. Оливинитовые изделия могли бы уже в ближайшее время заменить значительное количество шамотных огнеупоров при разливке сталей массового ассортимента с одновременным снижением удельного расхода в 3 — 4 раза. Институтом продолжаются дальнейшие разработки оливинитовых огнеупоров (безобжиговых, без использования хромитов, с углеродистыми и другими добавками, с использованием обогащенных по железу оливинитов).

Ведутся разработки высокоглиноземистых огнеупоров, в том числе безобжиговых и углеродсодержащих на основе отечественного природного сырья — маложелезистых бокситов СевероОнежского месторождения, а также известковых ковшевых огнеупоров на основе мела Российских месторождений. Начата работа по созданию нового поколения огнеупоров, в том числе ковшевых, не содержащих токсичных соединений хрома. Одним из таких видов могут быть изделия на основе алюмомагниевой шпинели (АМШ), в том числе без предварительного синтеза шпинели. Перспективно по данным зарубежного опыта использование АМШ в составе набивных и наливных масс. Начата разработка низкоцементных тиксотропных виб роуплотняемых масс и бетонов для выполнения высокостойких монолитных футеровок как сталеразливочных, так и промежуточных ковшей, а также изготовления крупноблочных огнеупорных изделий.

Огнеупоры для МНЛЗ

Институтом разработан, частично внедрен или находится на стадии внедрения ряд прогрессивных технологий в области огнеупоров для МНЛЗ: футеровка промежуточных ковшей, в которой арматурный слой формируется из тиксот ропной наливной массы с содержанием 72 — 75 % А12Оэ, армированной маталлическими волокнами; расходуемый слой (толщиной 25 — 35 мм) — торкретмассой основного состава, в том числе на основе оливинитов с теплопроводностью 0,5Вт/(мК). Ожидаемая стойкость арматурного слоя до 500 плавок, расходуемого — 10 — 15 плавок. Применение таких футеровок уменьшит удельный расход огнеупоров не менее чем в 2 раза; бикерамический погружаемый стакан корундографитового состава, шлаковый пояс которого изготавливается из диоксида циркония, стабилизированного оксидом кальция. В канал через его стенку, либо через специальное устройство подается инертный газ. Стойкость стакана по данным опробования на МНЛЗ ОЭМК при разливке марганцовистых сталей 5 — 10 плавок; корундографитовый стопормоноблок с газопроницаемой вставкой в головной части со стойкостью до 5 плавок; трубы кварцевые и шамотнографитовые для защиты струи металла для одиночных разливок; шамотнографитовые трубы на некоторых заводах используются 2 — 3 раза; стаканыдозаторы промежуточных ковшей корундографитовые для разливки до 8 часов, со вставками из стабилизированного диоксида циркония для длительных разливок (12 — 16 ч).

Усовершенствована технология изготовления ряда изделий для МНЛЗ. В частности, предлагается использовать нетоксичное углерод со держащее связующее, обеспечивающее обжиг при более низкой температуре (900 — 1100 °С) и значительное от 40 до 6 — 8 ч сокращение времени обжига. В стадии разработки находятся:

более стойкие погружаемые стаканы с использованием в шлаковом поясе диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия с добавками нитрида бора и сиалона и покрытием канала не склонными к затягиванию материалами на основе сиалона, нитрида бора, цирконата кальция; бикерамические стопорамоноблоки из ко рундографитовой основы и головной части из композиционного материала в системе Zr02 — MgO — С — В — N с ожидаемой стойкостью 8 — 10 плавок; бикерамические корундографитовые трубы для защиты струи металла со шлаковым поясом на основе диоксида циркония для серии до 4 плавок; различные варианты фильтрующих устройств, в частности перегородок для промежуточных ковшей, в том числе на основе 95 % СаО.

Следует подчеркнуть, что в будущем исключительное значение приобретает качество изделий для МНЛЗ. Изготовитель должен га* рантировать 100 %ную годность изделий, что требует организации неразрушающего контроля готовой продукции по разработкам института.

В настоящее время такой контроль внедряется на АО Боровичский комбинат огнеупоров.

Огнеупоры для шиберных затворов стале. разливочных и промежуточных ковшей

Институтом разработаны и широко используются на металлургических предприятиях России и СНГ в шиберных затворах сталеразливочных ковшей плиты периклазового, корундового и муллитокорундового составов. Составные магнезитовые плиты с вкладышами из плавленого периклаза успешно эксплуатируются при всех способах разливки, но наиболее эффективно их применение при разливке на МНЛЗ и кипящей стали.

Завершаются исследования по разработке технологии корундо и периклазоуглеродистых плит с различными модифицирующими добавками и использованием специальных термореактивных связок. Что касается других огнеупорных элементов затвора, то здесь в зависимости от условий разливки и сортамента металла применяются изделия муллитокорундового, цирконового, периклазографитового и перик лазохромитового составов.

В связи с созданием нового поколения шиберных затворов сталеразливочных ковшей, позволяющих осуществлять монтаж и демонтаж огнеупорных элементов затвора непосредственно на ковше без применения мертеля, плиты нового поколения станут заметно больше и

легче, будут заключены в металлические обоймы. Все это в сочетании с возможностью организации промежуточного ремонта плит позволит повысить кратность их использования и уменьшить в 3 — 4 раза их удельный расход.

Институтом разработан и успешно опроби рован на МНЛЗ5 конвертерного цеха ЧерМК трехплитный шиберный затвор промежуточного ковша, показавший уже на первых опытах возможность работы в течение 4,5 ч.

В . ближайшие годы предстоит освоить этот способ разливки прежде всего на слябовых машинах. Основная задача, которую необходимо будет решить, — это найти способ предотвращения застывания металла в канале затвора при его перекрытии для замены погружаемого стакана.

Торкретирование металлургических агрегатов

Институтом ведутся работы по разработке технологии факельного торкретирования электросталеплавильных печей и сталеразливочных ковшей. Выполняется также работа по разработке технологии и оборудования для восстановления футеровок коксовых печей. В качестве способа восстановления футеровки принят хорошо зарекомендовавший себя за рубежом процесс наплавки гранулированных торкретсмесей с экзотермическими добавками.

Наряду с разработками огнеупоров для конкретных металлургических процессов и агрегатов институтом выполняется ряд разработок по применению в производстве огнеупоров из новых и нетрадиционных материалов. К числу таких разработок относятся упомянутая выше работа по созданию нового поколения высокостойких шпинельсодержащих огнеупоров без использования высокотоксичных соединений хрома. В зависимости от выбора и степени чистоты сырья, технологии получения шпинельсодержащих материалов и технологии изготовления огнеупоров возможно создание материалов с широкой гаммой свойств, которые найдут применение в производстве огнеупоров как для черной металлургии, так и других отраслей промышленности. Другой такой работой является создание сиалоновых материалов, сочетающих высокие физикохимические показатели оксидов и безкислородных соединений, устойчивых к окислению и воздействию металлических расплавов, имеющих хорошую термостойкость, высокую температурную прочт ность и шлакоустойчивость. Такие материалы могут найти применение в производстве доменных карбидкремниевых огнеупоров, изделии для МНЛЗ. Ведутся разработки известковых огнеупоров, которые по своим свойствам не уступают магнезиальным и в большинстве случаев могут быть заменителями последних, а при рафинировании (обессеривают) металлов не имеют себе равных. Ведутся исследования по созданию высокостойких огнеупоров для разливки стали на основе оксидных композиционных материалов, в том числе содержащих модифицирующие бескислородные соединения. Проводится работа по замене в производстве высокоглиноземистых огнеупоров дорогостоящего технического глинозема на природное высокоглиноземистое сырье.

Оборудование для огнеупорного производства

Технологическое оборудование. Новые процессы изготовления огнеупоров требуют создания нового оборудования для их реализации. Так, изменение традиционных представлений о технологии смешения огнеупорных масс вызвало специфические требования к смесительному оборудованию. В 1990 г. Московским институтом ВНИИЛИТМАШ по исходным требованиям института разработана конструкторская документация четырех типоразмеров планетарных смесителей емкостью 250, 630, 1000 и 2000 л для приготовления полусухих шамотных, магнезиальных, корундовых, динасовых и других смесей крупностью до 8 мм, влажностью до 8 %, а также тонкодисперсных материалов влажностью до 16%. Конструкция смесителей обеспечивает необходимый по технологии порядок подачи компонентов в шихты и автоматически регулируемую длительность их перемешивания, подачу жидкого компонента в шихту распылением. Предусмотрена возможность обогрева смеси, бесступенчатое регулирование обжатия катками смешиваемых компонентов от 0 до 16 МПа, подъема и опускания катков до заданной программе. В самое ближайшее время необходима организация изготовления головных образцов смесителей и их испытаний в производстве.

Одной из наиболее серьезных проблем в обеспечении новых процессов производства огнеупоров технологическим оборудованием является формование (прессование) изделий. Институтом в 1989 г. разработаны исходные требования на создание гидравлических прессов усилием 630, 1000, 1600, 2500 т, которые учитывали имеющийся передовой опыт зарубежных стран. Однако изза отсутствия централизованного финансирования, необходимого для разработки конструкторской документации, а также платежеспособных заказчиков головных образцов (огнеупорные заводы) организовать производство прессов на машиностроительных заводах в настоящее время невозможно.

Для формования сложных и особо сложных фасонных огнеупорных изделий, в том числе блоков массой до 300 кг, разработаны вибрационные установки, в которых механизированы все операции, начиная с засыпки массы и кончая укладкой изделий на сушильную вагонетку. В настоящее время такая установка осваивается на Ярославском производстве "Техуглерод", вторая изготавливается для цеха кремнеземистых бетонных огнеупоров ЗСМК.

В целях брикетирования сырья и утилизации пыли, образующейся при обжиге сырья, институтом разработан валковый пресс производительностью 7,5 — 15 т/ч при частоте вращения ъалков 4,5 и 9 мин1 соответственно. Наружная поверхность валков диаметром 1000 мм выполнена в желобковозубчатом исполнении для получения брикета чечевицеобразной формы. Конструкция пресса и его параметры позволяют использовать агрегат для брикетирования молотого огнеупорного сырья (шамотного, доломитного, магнезиального и других). Ижорским заводом изготовлен такой пресс, который успешно прошел испытания и направлен на металлургический завод в Нигерии.

Создавшаяся в настоящее время ситуация в машиностроении позволяет резко активизировать работу по созданию современного оборудования для огнеупорной промышленности. Институтом разработаны исходные требования на все основные технологические агрегаты производства огнеупоров, учитывающие передовой отечественный и зарубежный опыт. Однако серьезная работа по обновлению оборудования должна начинаться с выделения достаточных централизованных средств для организации конструкторских разработок, которые будут производиться различными организациями страны при общем их курировании нашим институтом.

Институт выполнил ряд разработок линий и установок для механизации транспортных и перегрузочных операций с огнеупорными изделиями. Имеются разработки механизированных линий формования пластичного сырца для сифонных и легковесных изделий, гидравлического допрессовочного пресса для центровых трубок и сифона; установки для автоматической загрузки и разгрузки сушильных вагонеток изделиями пластичного формования; механизированной линии разливки ультралегковеса. Эти разработки реализованы в производстве на отдельных огнеупорных заводах и с той или иной степенью модернизации могут быть использованы для механизации производственных процессов на других.

Теплотехническое оборудование. Устанавливаемое теплотехническое оборудование должно учитывать требования внедряемых технологий термообработки и обжига огнеупоров, минимизации энергозатрат, экологичности производственных процессов, высокого уровня механизации и автоматизации производства, достижения высокого качества тепловой обработки огнеупорных изделий и материалов.

Для обжига трудноспекаемых кусковых и брикетированных основных материалов институтом разработана техническая документация на высокотемпературную шахтную печь, строительство которой предусматривается в составе технологической линии АО Магнезит”. Печь имеет рабочий объем 12 м3, отапливается природным газом, имеет производительность до 2 т/ч, температуру обжига до 2200 °С, удельный расход условного топлива до 18 кг/т.

Для обжига кускового доломита на Запад ноСибирском металлургическом комбинате разработаны технические решения по барабан нослоевой печи производительностью 7 — 8 т/ч. Температура обжига материала в ней составляет 1900 — J2000 °С, удельный расход условного топлива — 320 — 360 кг/т, плот ность получаемого доломитового клинкера — 3,15 г/см3. По сравнению с традиционными вращающимися печами данный агрегат имеет в 1,5 — 2 раза меньший расход топлива при более высоком качестве продукции и в несколько раз меньшем пылевыносе. Агрегаты данного типа перспективны для использования и в других технологических процессах, например, при обжиге брикетированного высокоглиноземистого сырья на Боровичском комбинате огнеупоров.

При обжиге периклазовых и периклазохро митовых изделий высшего качества, изготавливаемых на основе плавленых и обогащенных материалов, разрабатываются новые технические решения по системе отопления туннельной печи производительностью 35 тыс.т/год, направленные на увеличение длительности выдержки огнеупоров при 1900 2000 °С, повышение эффективности регулирования обжигового процесса. Эти решения будут внедряться на АО Магнезит”, обеспечат при минимальных энергозатратах дальнейшее повышение качества изделий.

Разработаны технические решения по туннельной печи безокислительного обжига корундографитовых огнеупоров для МНЛЗ производительностью 2000 т/год, позволяющие отказаться от применения коксовой засыпки, улучшить экологичность производственного процесса. Внедрение печи данного типа возможно на Боровичском комбинате огнеупоров и других предприятиях.

Разработаны технические решения по тун нельнокольцевой печи для производства 4000 т/год карбидкремниевых огнеупоров на нитридной и оксинитридной связке в среде азота. По сравнению с существующими печами новый агрегат обеспечит существенное повышение объема производства и качества продукции, в 3 — 4 раза меньшие удельные энергозатраты, возможность полной механизации и автоматизации производственного процесса. Строительство печи предусматривается на Се милукском огнеупорном заводе.

Разработаны следующие технические решения: по печам туннельного типа для термообработки и обжига обожженных известково периклазовых огнеупоров, позволяющие организовать промышленное производство 50 тыс.т/год новых видов огнеупоров в условиях экономичного и экологичного производственного процесса; по камерной печи для обжига огнеупорного стеклоприпаса (блоков, мешалок, стекловаренных сосудов) при температурах до 1750 °С. Печь имеет рабочий объем 4 м3, отапливается природным газом, масса садки изделий колеблется в широких пределах от 0,3 до 1,7 т.

Разработано скоростное газогорелочное устройство с карбидкремниевой камерой сгорания, использование которого на туннельных и периодических печах позволит существенно повысить качество обжига огнеупоров, интенсифицировать процесс промышленного обжига.

Будет создана печь туннельнощелевого типа для поточного производства корундографитовых шиберных плит при температурах 1400— 1450 °С в безокислительной газовой

среде в количестве 500 т/год. Строительство печи на Внуковском заводе огнеупорных изделий либо другом промышленном предприятии позволит организовать серийное производство этой необходимой для металлургии новой продукции. С целью обеспечения дальнейшего процесса печестроения огнеупорного производства проводится широкий объем научно технических исследований, направленных на углубленное изучение процессов обжига, горения и тепломассообмена, разработку и совершенствование математических моделей печных агрегатов, соответствующих расчетных программ, внедрение систем автоматизированного проектирования и унификации проектных решений.

Разработки СанктПетербургского института огнеупоров в области создания новых высокотемпературных материалов для футеровки агрегатов черной металлургии в целом отвечают мировому уровню и при их внедрении позволят решить актуальные задачи научно технического прогресса в отрасли и приблизить удельный расход огнеупоров к уровню передовых промышленно развитых стран.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 2, Москва 1994

Экспертиза

на главную